为什么日本举全国之力发展氢能源电池，而中国的比亚迪，宁德时代却在大力发展三元电池？ 第1页

首先澄清一个概念：氢燃料电池一般仅仅是指PEMFC，因为这种电池只能用氢燃料。SOFC基本不会刻意强调燃料，因为它什么都能烧。如果没有特殊说明，下文中的氢燃料电池＝PEMFC。

大家也不要一看到燃料电池就说氢燃料。搞直接式质子交换膜氢燃料电池从来都是为了更容易地实现功能。

不要称呼SOFC为氢燃料电池，这基本算是对SOFC的侮辱。千辛万苦搞功能更难实现的SOFC就是为了不使用氢燃料。

先问是不是，再问为什么。

日本是在举全国之力发展氢能源电池吗？

曾经是的，毋容置疑。

而现在PEMFC已经被日本政府实质上抛弃，2017年开始日本政府已经实质上倒向SOFC（管式）。

但是管式SOFC所在的固定电堆市场规模太过于可怜，不能车载扩大应用规模意味着管式SOFC终究也只能靠补贴续命。

我国的金属支撑型SOFC，已打通全工艺节点。2020年底，潍柴开始建设产业化项目，投资周期36个月。

也就是说到2025年前，当前燃料电池领域的『独孤九剑』——金属支撑型固体氧化物燃料电池将率先在我国开始车载商用。

如果要了解日本对氢燃料电池的支持，那就不得不提到enefarm。

如果一个人讲日本对燃料电池的政策却不提enefarm，那可以说他讲的东西完全就是驴唇不对马嘴。

2005年日本就开始了该项目，但至今日本也没有建立起完善的氢气供应网络。直至2019年，松下研发的全新一代CHP PEMFC电堆（氢燃料）最大功率也只有700w（AC仅仅500w）。倒不是说这东西无法做到更大功率，而是在日本政府规定的补贴售价范围内（80~96万日元）只能做到这种功率。

虽然enefarm现在已经从松下、东芝（东芝已退出）的PEMFC（质子交换膜氢燃料电池）全面倒向了以爱信精机为代表的管式SOFC（固体氧化物燃料电池）烧天然气去了，但是我们回顾这段历史，可以轻易得出如下结论。

2010年至2016年底，日本明目张胆在靠举国之力（日本千禧年项目也包括对于PEMFC研究的支持，但谈不上举国之力），推进氢燃料电池的研发、制造、应用。2017年后，日本开始推进SOFC的研发、制造、应用，实质上已经抛弃了PEMFC。

2005年，一套enefarm设备价格高达800w日元（再次提醒，只有几百瓦，和一个电脑电源差不多的东西）。

2009年中，价格降至303w日元（2009年初为350w日元）。05年至09年中，日本一共安装了大约2500套；到2009年底，安装数量累计约为3300套。

2010年，日本政府开始为enefarm中的PEMFC提供140w日元或制造成本一半的补贴。至2016年中，日本累计已经安装了接近二十万套家用燃料电池设备，这其中PEMFC（只能用氢气还没有氢气管网）是绝对主流。

2015年，日本ENEFARM的补贴金额达到了222亿日元。​当然可能有人觉得一年补贴222亿日元毛毛雨，但请注意：这不是日本政府不愿意花钱补贴，而是这东西太废物（再次提醒，只有几百瓦，还没有氢气管网），补贴一半也没人用。

日本政府定下的规矩是只要你卖一套，我就补一半，这不叫举国之力叫什么？

只不过日本人民用脚投票，这废物举不成：所以PEMFC不是日本政府不想举，而是想举却不举。

到2017年，日本开始对SOFC燃料电池提供相应补助，从此enefarm项目中，能够直接使用天然气的sofc（管式）成为绝对主流。

从2005年开始2016年底，enefarm累计共安装19.6万套设备，其中pemfc 约17万。

到2019年10月，enefarm累计共安装30.1万套设备，其中pemfc约18万。

也就是说从17年初到19年10月，日本新增enefarm设备10.5万套，几乎全部都是sofc。

所以，日本举国之力发展的，曾经主导enefarm的PEMFC，在该项目上已经实质失败，并已经被SOFC实质上取代。

其中技术问题，详述如下。

一、质子交换膜燃料电池的应用问题：必须使用氢气和铂金（其他铂族金属目前还无法理想地取代铂金），而高压氢气生产成本高、储运困难，铂金又不可能有足够的产量。

1、必须使用氢气燃料。

质子交换膜直接式碳基燃料电池中，碳基燃料氧化难度高，电池功率密度低，中间产物多的同时其中间产物还容易造成铂催化剂中毒。可以说碳基燃料完全不具备在质子交换膜燃料电池中应用的可能，这种电池只能使用氢气。

下图是以碳基燃料中的醇燃料为例，其他碳基燃料的情况也差不多，相关论文汗牛充栋，就不赘述了。

2、高压氢气价格高昂而且没有降低的可能。

大规模工业制氢已有数十年的历史，相当成熟。2017年拟建设的炼化一体制氢项目如下图。

但是常温常压下的氢气密度很低，只有提高其存储密度才能达到汽车实用的要求。这就意味着必须在车上装备储存氢气的装置，且该装置必须易于补充压缩氢气。

这存在以下几个问题。

①、氢气的大规模量产没有任何问题，问题在于氢气极难液化，高压压缩成本高昂。这使得丰田Mirai跑一公里的氢气成本为6毛，完全体现不出相对于燃油车的优势。

②、日本的氢燃料电池方案已经搞了已经很多年了，与我国已经拉开了技术差距。以目前丰田Mirai为例：其所用氢气高压高达70Mpa（我国只能做到35Mpa）。这个压力对储存罐的材料、技术要求很高。其所使用的超高强碳纤维制造技术，中国不具备。高压需要阀门，而氢气会产生氢脆现象，普通材料根本不能用，而日本Fujikin占有着最多的高压氢气阀市场份额。日本日清纺控股公司掌握其燃料电池的关键部件低铂质子交换膜的核心技术——大幅降低铂用量也是质子交换膜燃料电池得以实用化的前提。

③、虽然氢燃料电池车加氢只需要三分钟，但是加氢站本身不能连续加氢：加氢站的高压储氢罐并不能在瞬间完成蓄压，这导致一套加氢设备一小时只能为2~6台氢燃料电池车加氢。如果将来氢燃料电池车数量增多，氢燃料电池车将需要排队等待加氢站加氢设备完成蓄压才能加氢。

此时其所号称的相对于纯电动车的“加氢时间短”的优势将不复存在。

而醇燃料完全不存在上述问题。

3、以当前的技术水平，质子交换膜燃料电池催化剂必须用铂，但铂产量不足。

质子交换膜燃料电池中铂催化剂的催化效果最好，目前非铂催化剂还难以取代铂。

美国能源部近期的目标是2020年将燃料电池用铂量降低至0.125g/kW 左右。而这个水平，也正是丰田Mirai（16克/128kw）的水平。

但即使以0.125g/kW计算，铂的产量，完全不够人类换燃料电池车：目前全球Pt产量为200吨/年，价格1.8亿元/吨。以100kw计算，一辆质子交换膜燃料电池车至少需要使用12.5克铂。

这意味着全球每年的铂金产量只够生产1600万辆质子交换膜燃料电池车，只够生产不到1300万辆丰田Mirai。而2017年，全球汽车产量为8730.25万辆。

碳酸锂在当前这种用量下涨了很多，钴涨地更疯。

而这两者的稀缺程度与不可替代性与质子交换膜燃料电池中的铂完全不能相比。

如果用质子交换膜燃料电池，炒期货的能把Pt这东西的价格炒到让你怀疑人生。

二、固体氧化物碳基燃料电池的应用现状：已打通全技术节点，进入准量产状态，产业基地将在三年内完成建设。

1、SOFC阳极积碳问题的解决。

碳基燃料中醇的生产成本大约只有同热值70mp高压氢气的四分之一，也不存在储运困难的问题。

固体氧化物燃料电池（SOFC）中，镍（Ni）基材料制成的阳极催化效果虽好，但使用碳基燃料易产生积碳。不过通过以SFM（Sr2Fe1.5Mo0.5O6）及SDC（Sm0.2Ce0.8O1.9）复合材料取代镍基材料，这一问题已经得到解决。

当前已制成的SFM／SDCl LSGMl BSCF SOFC电池断面厚度仅为377μm，其功率密度在750~850℃时却达到了恐怖的4.2~6.3kW/㎡（氢燃料），3.353~5.516kW/㎡(甲醇燃料）。

2、抗冲击、启动速度、冷启动问题的解决。

虽然日本的管式SOFC技术独步天下（先夸一下吧，免得精日看到后面伤心），极大地降低了传统平板式SOFC封装难度，提高了应用过程中电堆的气密性能。

但是，SOFC最关键的问题：启动速度（升温）、抗冲击和冷启动次数，管式SOFC一个也没解决。意味着这东西只能作为固定电堆使用。

所以日本车载燃料电池仍然是已经被enefarm实质上抛弃的PEMFC（虽然日产也曾经与ceres power合作搞燃料电池车，但是后来的故事你们都知道咯）。

作为对比，英国ceres power的关键技术，金属支撑型sofc，解决了sofc的升温和抗冲击问题——即解决了sofc车载的问题。

当然，和内燃机那种一点就着，着车就走的升温速度还是有点区别的。

但是相比传统陶瓷支撑型SOFC动辄几个甚至十几个小时的启动时间、个位数的冷启动次数以及真·一碰就碎的抗冲击性能。

源自ceres power ，但通过潍柴完善的金属支撑型SOFC数分钟的启动时间，和金属柔韧性带来的良好抗冲击性能和冷启动次数，已经可以无限接近内燃机了。

从研究的角度而言，德国航空航天中心、 Julich 研究中心，英国的 Ceres Power 公司、帝国学院，美国劳伦斯伯克力国家实验室均取得了不俗的成就。

但打通了这东西的全工艺结点实现准商用量产，全球仅潍柴一家。

根据科技部重点专项“燃料电池发动机及商用车产业化技术与应用”相关公文，截至2019年3月，潍柴已开发了2款燃料电池车型，获得4个整车产品公告，生产了110辆整车，其中30辆已在潍坊上线运行，累计运行里程超14万公里。

2020年底，潍柴发布公告，将使用自筹资金10亿，募集资金5亿，总计十五亿，投资固体氧化物燃料电池产业化项目，投资周期36个月。

作为对比，潍柴虽然同时宣布对质子交换膜燃料电池产业化项目投资七亿，但仅使用2亿自筹资金。​

三、乙醇水相重整制氢。

氢气储运困难这个问题光靠氢气无法解决，但如果汽车自带氢气生成装置呢？这样一来不就无需储运了吗？

以车载碳基燃料制氢装置所允许的规模而言，目前可行的只有碳基燃料水蒸气重整制氢（日产放弃前选择的便是该方向）。

但是这种技术得到的氢气不纯，必然含有碳基燃料，这意味着该技术难以应用于质子交换膜燃料电。

而SOFC可同时兼容氢气与碳基燃料，虽然这种SOFC不是必须使用水相重整制氢，但水相重整制氢技术可以进一步提高此种SOFC的功率密度，降低启动所需温度，并使燃料更好地汽化。